Биотехнологии и их применение в народном хозяйстве

Первым типом «искусственных клеток» следует назвать микрокапсулы. Фермент, находящийся внутри оболочки, не контактирует с жидкостями и тканями организма, не разрушается протеиназами, не ингибируется, не вызывает иммунного ответа организма. Основное достоинство микрокапсул заключается в том, что их можно имплантировать в нужное место, например в непосредственной близости от опухоли. При этом микрокапсула с соответствующим содержанием будет перерабатывать метаболиты, необходимые для роста опухолевой ткани, и эта ткань не будет развиваться. Капсулы могут содержать микроскопические участки тканей.

Например, имеются экспериментальные данные по созданию депо инсулина путем имплантации микрокапсул, содержащих островки Лангерганса, синтезирующие в поджелудочной железе инсулин. Известно, что терапии диабетических заболеваний уделяется много внимания. Имплантация лекарственного начала избавила бы пациентов от ежедневных инъекций инсулина.

Биотехнологии в пищевой промышленности Статистические данные ООН по вопросам продовольствия и сельского хозяйства свидетельствуют о том, что проблема обеспечения населения нашей планеты продуктами питания внушает серьезные опасения. По этим данным, более половины населения Земли не обеспечено достаточным количеством продуктов питания, примерно 500 млн. людей голодают, а около 2 млрд. питаются недостаточно или неправильно. К концу XX в. население нашей планеты с учетом контроля рождаемости составило 7,5 млрд. человек. Следовательно, тяжелое уже сейчас положение с продуктами питания может принять в недалеком будущем для некоторых народов угрожающие масштабы.

Пища должна быть разнообразной и содержать белки, жиры, углеводы и витамины. Источники энергии — жиры и углеводы в определенных пределах взаимозаменяемы, причем их можно заменить и белками, но белки нельзя заменить ничем. Проблема питания людей в конечном счете заключается в дефиците белка. Там, где сегодня люди голодают, не хватает прежде всего белка. Установлено, что ежегодный дефицит белка в мире, по самым скромным подсчетам, оценивается в 15 млн. т. Наибольшую популярность как источники белка приобрели семена масличных культур — сои, семян подсолнечника, арахиса и других, которые содержат до 30 процентов высококачественного белка. По содержанию некоторых незаменимых аминокислот он приближается к белку рыбы и куриных яиц и перекрывает белок пшеницы. Белок из сои широко уже используется в США, Англии и других странах как ценный пищевой материал.

Эффективным источником белка могут служить водоросли. Увеличить количество пищевого белка можно и за счет микробиологического синтеза, который в последние годы привлекает к себе особое внимание. Микроорганизмы чрезвычайно богаты белком — он составляет 70—80 процентов их веса. Скорость его синтеза огромна. Микроорганизмы примерно в 10—100 тысяч раз быстрее синтезируют белок, чем животные. Здесь уместно привести классический пример: 400-килограммовая корова производит в день 400 граммов белка, а 400 килограммов бактерий — 40 тысяч тонн. Естественно, на получение 1 кг белка микробиологическим синтезом при соответствующей промышленной технологии потребуется средств меньше, чем на получение 1 кг белка животного. Да к тому же технологический процесс куда менее трудоемок, чем сельскохозяйственное производство, не говоря уже об исключении сезонных влияний погоды — заморозков, дождей, суховеев, засух, освещенности, солнечной радиации и т. д.

Применяя обычные технологические линии по производству синтетических волокон, можно получать из искусственных белков длинные нити, которые после пропитки их формообразующимн веществами, придания им соответствующего вкуса, цвета и запаха могут имитировать любой белковый продукт. Таким способом уже получены искусственное мясо (говядина, свинина, различные виды птиц), молоко, сыры и другие продукты. Они уже прошли широкую биологическую апробацию на животных и людях и вышли из лабораторий на прилавки магазинов США, Англии, Индии, стран Азии и Африки. Только в одной Англии их производство достигает примерно 1500 тонн в год. Интересно, что белковую часть школьных обедов в США уже разрешено на 30 процентов заменять искусственным мясом, созданным на основе соевого белка.

Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, 8 аминокислот люди не могут синтезировать, и их относят к незаменимым. Это изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин. Аминокислоты — это не только питательные вещества, но также ароматические и вкусовые агенты, и потому они широко используются в пищевой промышленности.

Как питательную добавку в пищу чаще всего вносят лизин и метионин. Глутамат натрия и глицин употребляют как ароматические вещества для усиления и улучшения вкуса пищи. У глицина освежающий, сладкий вкус. Его вводят в сладкие напитки, и кроме того, он проявляет там бактериостатическое действие. Цистеин предотвращает подгорание пищи, улучшает пекарские процессы и качество хлеба. Благодаря некоторым бактериям удается получать около 100 г/л глутаминовой аминокислоты. Ежегодно в мире производят микробиологическим способом 270 000 т этой аминокислоты, основная часть которой идет в пищевую промышленность. По объему продукции второе место после глутаминовой кислоты занимает лизин — 180 000 т в год. Другие аминокислоты производят в гораздо меньших количествах.

Аминокислоты в большом количестве применяют как добавку к растительным кормам, которые дефицитны по метионину, треонину, триптофану и особенно по лизину. Если в животных белках содержится 7—9% лизина, то в белках пшеницы — только около 3%. Внесение в корма лизина до содержания 0,3% позволяет сократить их расход больше чем на 20%. За последние 8 лет количество аминокислот, добавляемых в корма, выросло в 14 раз. Во многих странах метионин добавляют к соевой муке — белковой добавке кормов. Главная область практического применения аминокислот — обогащение кормов. Около 66% общего количества аминокислот, получаемых в промышленности, используют в кормах, 31% — в пище и 4% — в медицине, косметике и как химические реактивы. На основе аминокислот готовят искусственный подсластитель — метиловый эфир L-аспартил-L-фенилаланина, который в 150 раз слаще, чем глюкоза.

Биотехнология молочных продуктов Спектр продуктов питания, получаемых при помощи микроорганизмов, обширен. Это продукты, получаемые в результате брожения — хлеб, сыр, вино, пиво, творог и так далее. До недавнего времени биотехнология использовалась в пищевой промышленности с целью усовершенствования освоенных процессов и более умелого использования микроорганизмов, но будущее здесь принадлежит генетическим исследованиям по созданию более продуктивных штаммов для конкретных нужд, внедрению новых методов в технологии брожения.

Получение молочных продуктов в пищевой промышленности построено на процессах ферментации. Основой биотехнологии молочных продуктов является молоко. Молоко (секрет молочных желез) — уникальная естественная питательная среда. Она содержит 82−88% воды и 12−18% сухого остатка. В состав сухого молочного остатка входят белки (3,0−3,2%), жиры (3,3−6,0%), углеводы (молочный сахар лактоза — 4,7%), соли (0,9−1%), минорные компоненты (0,01%): ферменты, иммуноглобулины, лизоцим и т. д. Молочные жиры очень разнообразны по своему составу. Основные белки молока — альбумин, казеин.

Благодаря такому составу молоко представляет собой прекрасный субстрат для развития микроорганизмов. В сквашивании молока обычно принимают участие стрептококки и молочнокислые бактерии. Путем использования реакций, которые сопутствуют главному процессу сбраживания лактозы получают и другие продукты переработки молока: сметану, йогурт, сыр и т. д. Свойства конечного продукта зависят от характера и интенсивности реакций ферментации. Те реакции, которые сопутствуют образованию молочной кислоты, определяют обычно особые свойства продуктов.

Например, вторичные реакции ферментации, идущие при созревании сыров, определяют вкус отдельных их сортов. В таких реакциях принимают участие пептиды, аминокислоты и жирные кислоты, находящиеся в молоке.

Процессы ферментации при производстве многих молочных продуктов, таких как сметана, творог, многие сыры идут в ферментерах открытого типа. Как правило, они занимают немного времени. К одним из самых простых относят производство кефира, простокваш, сметаны и масла. Например, при производстве сметаны к сливкам добавляют 0,5−1% закваски, используемой при производстве масла. Далее продукт выдерживают, пока концентрация кислоты не достигнет 0,6%. В заключение хотелось бы добавить, что процессы получения молочнокислых продуктов весьма просты и доступны для воспроизводства в домашних условиях. Они не требуют строгих условий соблюдения стерильности, протекают, как правило, при комнатной или чуть повышенной температуре. Собственно, изначально они были одними из первых «домашних» биотехнологий, которые были позднее поставлены на промышленную основу.

Заключение

Биотехнология — одно из самых перспективных направлений развития народного хозяйства. Научные достижения в области биотехнологии должны приносить практическую пользу. Этой цели и была посвящена конференция: свести «за одним столом» ученых и бизнесменов, помочь им лучше понять друг друга, найти общий язык для того, чтобы воплотить инновации биотехнологии в конечный продукт.

Наибольшую скорость развития биотехнология имеет в области медицины. С каждым днем появляются все новые направления науки: геномика, функциональная геномика, протеомика и т. д.

Наука развивается так быстро, что русский язык не всегда успевает подобрать соответствующие ее сути и удобоваримые для слуха обозначающие ее термины. В биотехнологию активно вкладываются средства, что стимулирует рост отрасли.

Список использованной литературы Глик Б.; Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. — М.: МИР, 2002. — 589с.

Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа, 1978. 270 с Иванов А. В. Трансгенные микроорганизмы и растения: способы получения и их роль в жизни человека // ЭБЖ. — 2003. — Т.

14. — С.29−38.

Лобанок А.Г., Залашко М. В., Анисимова Н. И. и др. Биотехнология — сельскому хозяйству / Минск: Урожай, 1988. 199 с.

Тищенко П., Новейшие биомедицинские технологии: Философско-антропологический анализ // Вызов познанию: Стратегии развития науки в современном мире. — М.: Наука, 2004, с. 309−332

Юдин Б. От утопии к науке: конструирование человека // Вызов познанию: Стратегии развития науки в современном мире. — М.: Наука, 2004, с. 261−281

http://ru.wikipedia.org/

http://ru.wikipedia.org/

Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа, 1978. 270 с

Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. М.: Высшая школа, 1978. 270 с

Лобанок А.Г., Залашко М. В., Анисимова Н. И. и др. Биотехнология — сельскому хозяйству / Минск: Урожай, 1988. 199 с

Лобанок А.Г., Залашко М. В., Анисимова Н. И. и др. Биотехнология — сельскому хозяйству / Минск: Урожай, 1988. 199с

Тищенко П., Новейшие биомедицинские технологии: Философско-антропологический анализ // Вызов познанию: Стратегии развития науки в современном мире. — М.: Наука, 2004, с. 309−332

Тищенко П., Новейшие биомедицинские технологии: Философско-антропологический анализ // Вызов познанию: Стратегии развития науки в современном мире. — М.: Наука, 2004, с. 309−332

Тищенко П., Новейшие биомедицинские технологии: Философско-антропологический анализ // Вызов познанию: Стратегии развития науки в современном мире. — М.: Наука, 2004, с. 309−332